[發明專利]一種具有生物活性和抗菌性的鉭酸鈉膜層及其制備方法

有效

• 申請號: 202111447568.4
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114159626B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王翠翠;張意茹;蔡安琦;張于浩;劉軼凡;陳倩;宋穎軒;殷海榮
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: A61L27/54
• 分類號: A61L27/54;A61L27/04;A61L27/30;C23C22/64;C23C22/83
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發明提供了一種具有促成骨能力和抗菌能力的表面改性生物金屬的材料。該表面改性技術通過水熱?熔鹽?水熱法(或水熱?水熱?熔鹽法)的協效作用在純鉭表面制備功能元素鈣和銅共摻雜的生物活性膜層。首先通過水熱法在金屬鉭表面制備出一層均勻的鉭酸鈉膜層，然后利用熔鹽法進一步將Ca²⁺摻雜在鉭酸鈉膜層上，最后將摻雜了Ca²⁺鉭酸鈉膜層的鉭通過二次水熱摻雜了Cu²⁺，從而使得純鉭表面上形成了具有生物活性和抗菌性的Ca?Cu共摻膜層。通過該方法制備的含鈣和銅的膜層在鉭表面均勻分布，有利于促進細胞分化，提高細胞活性，并且有一定抗菌性，從而提高鉭金屬的促成骨性和抗菌性，在醫用植入材料領域展現了較好的應用前景。

技術領域

本發明屬于金屬材料表面改性技術領域，具體涉及一種具有生物活性和抗菌性的鉭酸鈉膜層及其制備方法。

背景技術

由于車禍、沖突及災禍的頻頻發生，總會發生牙齒和骨骼等身體硬組織的受損斷裂或重創。由于其優越的力學性能、耐腐蝕、安全無毒，醫用金屬鉭(Ta)被廣泛應用于髖關節置換術、膝關節修復等領域。與大多數醫用金屬一樣，純的金屬鉭生物活性差，促進新骨形成的能力較弱并且不具備抗菌性，從而在臨床應用上被限制。另外在硬組織植入手術中，術后感染也是亟待解決的問題之一。這些都是目前鉭作為硬組織植入材料急需解決的難題。在鉭表面負載功能性離子的生物活性膜層是改善材料生物學性能的主要方法。

Ca²⁺是生物磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)的主要組成元素之一，在骨形成和骨吸收中起著重要作用。激活細胞內的機制是基于影響成骨細胞中的鈣敏感受體。上述特性都使得摻Ca²⁺的植入體材料與骨組織結合更充分，周圍新生骨量也更多。長期以來，人們一直認為銅及其離子具有抗菌性能，具有廣譜殺菌能力，控制在一定濃度范圍內是生物安全的，且在給定濃度下具有生物活性。此外，銅離子不會產生細菌耐藥性。因此，銅及其離子已融入多種生物材料的表面。

目前摻雜元素的方法有溶膠凝膠法、濕化學沉淀法、電泳沉積法、熔融紡絲法、脈沖激光沉積法、熔煉和淬火法、微弧氧化法、陽極氧化法、水熱法、熔鹽法等。在以上方法中，水熱法是在密閉的高溫高壓環境下，通過不同的水熱反應溶液調整，利用相對高溫、高壓反應環境，使難溶或不溶的物質溶解后重結晶，從而實現元素摻雜，操作安全簡單，反應溫度較低，元素分布均勻。熔鹽法通常采用低熔點的鹽類作為反應介質，使得反應在原子級進行，合成過程中有液相出現，大大加快了離子的擴散速率。該法可以實現摻雜元素從熔鹽中向膜層表面的擴散，從而實現膜層元素的摻雜。目前還沒有通過水熱法結合熔鹽法將功能元素Ca和Cu共同引入鉭表面并用作醫用植入材料的報道。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種具有生物活性和抗菌性的鉭酸鈉膜層及其制備方法，采用水熱-熔鹽-水熱法(或水熱-水熱-熔鹽法)在純鉭表面制備鈣銅共摻雜鉭酸鈉的生物活性陶瓷膜層及其制備方法從而提高鉭金屬的促成骨性和抗菌性，在醫用植入材料領域展現了較好的應用前景。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種具有生物活性和抗菌性的鉭酸鈉膜層的制備方法，包括以下步驟：

將鉭片加入NaOH水熱溶液中進行一次水熱反應后，制備得到覆蓋鉭酸鈉膜層的鉭片；

將上述制備得到的覆蓋鉭酸鈉膜層的鉭片置于CaCl₂粉末中進行熔鹽處理，制備得到鈣摻雜鉭酸鈉膜層的鉭片；

將上述制備得到的鈣摻雜鉭酸鈉膜層的鉭片加入CuCl₂水熱溶液中進行二次水熱反應，在鉭片表面制備得到具有生物活性和抗菌性的鈣銅共摻雜的鉭酸鈉膜層。

或者，

一種具有生物活性和抗菌性的鉭酸鈉膜層的制備方法，包括以下步驟：